CN110769965B - 用于使导体与支承机构导电连接的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助超声波焊接在密封空间中导电连接第一电导体（140、142）以及第二电导体（144、146）的方法和装置，密封空间在横截面方面可改变并具有至少一个侧滑块、超声振动单元和配对电极，其中首先，第一电导体（140、142）的裸露的端部被引入到密封空间中并且借助超声波作用焊接为第一连接（148），并且随后在从密封空间取出第一连接之后，将第二电导体（144、146）的裸露的端部引入到密封空间中，并且借助超声波作用焊接为第二连接，其中，在焊接第二连接之前，第一连接输送至支承机构（182、184）。

Description

用于使导体与支承机构导电连接的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于借助超声波焊接在密封空间中导电连接第一电导体以及优选与其捻合的第二电导体的方法，密封空间在横截面方面尤其是在高度和宽度中可改变并至少由侧滑块、超声振动单元和配对电极限界，其中首先，第一电导体的裸露的端部被引入到密封空间中并且借助超声波作用焊接为第一连接，并且随后在从密封空间去除第一连接之后，将第二电导体的裸露的端部引入到密封空间中，并且借助超声波作用焊接为第二连接。

此外，本发明涉及用于借助超声波材料融合地连接第一导体和第二导体的装置，第一导体和第二导体尤其是相互捻合，该装置包括由至少一个侧滑块、超声振动单元和配对电极限界的密封空间，该密封空间优选在焊接期间被尤其是隔音的壳体包围。

背景技术

为了材料融合地连接电导体可以使用超声波焊接。在此，为了焊接所需的能量以机械振动的形式引入到焊接物体中。为此，超声振动单元在超声波振动中沿其纵向方向错开。同时进行朝配属于其中一个超声振动单元的配对电极（也被称为铁砧）的相对运动，以便施加所需的静止焊接力。在配对电极和超声振动单元之间布置有待接合的材料。在超声波金属焊接中，与由铁砧撑开的平面平行地引入机械振动。在此，出现在超声振动单元与配对电极之间作用的静止力、振荡剪切力与接合区域中的温度升高之间的复杂关系。在超声波金属焊接中的典型的频率在20kHz与40kHz之间，其中通常工作频率在20kHz的范围内。

尤其是在通信技术中，但也例如在机动车内的线缆束中使用捻合的线路，以便减小各个相互绝缘的电导体或线缆的相互影响。在各个导体或线缆的区段之间的连接可以借助超声波金属焊接实现，其中已制成的连接也被称为通过节点。

为了使具有通过节点的导体的电气影响保持尽可能小，在通过节点的区域中也应该尽可能存在捻合。然而，因为通过节点必须依次焊接，以便排除通过已经焊接的通过节点造成的对焊接的妨碍，所以已经焊接的通过节点必须远离密封空间。因为在焊接时，密封空间或限界密封空间的部件通常必须被隔音罩包围，所以在一定程度上进行解捻，即已经焊接的通过节点在隔音罩外部延伸。然而这在很大程度上需要对导体进行解捻。

从DE 10 2010 060 767 A1已知了一种方法和机构，通过将每个线路的相应一个第一区段引入到具有超声振动单元和配对电极的超声波焊接器具的密封空间中，以便将由金属捻合线或芯线构成的线路焊接为端部节点或通过节点。

发明内容

本发明的任务是改进一种开头提到的类型的方法和装置，从而在第一导体之间的连接以及第二导体之间的连接的区域内也尽可能实现捻合。

为了解决该任务，在方法方面主要提出的是，在焊接第二连接之前，将第一连接输送至位于密封空间的相邻的区域中的支承机构。

换言之，根据本发明提出的是，被焊接的第一连接、即第一通过节点由位于密封空间的相邻的区域中的支承机构容纳。由此确保的是，在很小的范围内需要解捻或加捻，以便无妨碍地执行对另外的导体或线缆的区段的焊接。

当然，根据本发明的教导也适用于焊接多于两个的捻合的导体，其朝密封空间的每个侧延伸。

如果存在隔音壳体，那么支承机构在此位于隔音壳体内。

尤其设置的是，支承机构构造在侧滑块、配对电极中或上或壳体内部中或上。

存在如下可能性，即支承机构开始于壳体内部的区段或在底部侧封闭壳体的元件、如底板，超声波焊接器具的结构元件间接或直接地开始于该底板。

基于根据本发明的教导能够实现的是，对于密封空间的两侧的解捻长度可以相应减小为例如30mm至40mm。由此，如前所述产生如下优点，减小电导体或线缆的相互影响；因为解捻长度越短，那么线缆组在整个线缆束的易受干扰性方面的电磁兼容性越好。

开头提到的类型的装置的特征基本上在于支承机构，在将第二导体的裸露的端部焊接为第二连接期间，支承机构用于容纳通过焊接第一导体的裸露的端部制成的第一连接，其中支承机构在侧滑块或配对电极上延伸，或在存在壳体时在壳体的内部延伸，尤其是开始于壳体内部，或者开始于在底部侧封闭壳体的元件。

尤其地，支承机构构造成下组中的至少一个元件：留空部、凸出部、弓形件、钩、夹紧机构、抓取元件、弹簧、压紧机构。

本发明也可以设置的是，在滑块的远离密封空间的底面的上侧中，留空部构造成支承机构。留空部在垂直于侧滑块的限界密封空间的端面延伸的截面中尤其是具有形式为三角形、尤其是非等腰三角形、矩形、圆形区段、尤其是半圆的几何形状或这些几何形状的一个或多个组合。留空部也可以构造成侧凹部。

备选地或补充地，在截面中呈矩形的或L形的凸出部作为支承机构可以凸出超过侧滑块的上侧，凸出部尤其是在密封空间侧齐平地过渡至侧滑块的限界密封空间的端面。

然而也存在如下可能性，在配对电极的面对侧滑块的端面中构造留空部，或者可以使凸出部作为支承机构开始于端面。在此尤其设置的是，凸出部在密封空间侧作为配对电极的区段齐平地过渡至配对电极的限界密封空间的面。

支承机构然而也可以开始于壳体或壳体的区段。壳体可以例如包括静止的第一区段和相对于第一区段可调节的并且在焊接时优选贴靠在第一区段上的第二区段，其中至少一个尤其是钩形的凸出部开始于第一或第二区段，该凸出部形成支承机构。

然而尤其设置的是，两个相互间隔开的支承机构、如凸出部开始于壳体的第一或第二区段，支承机构在密封空间的对置的侧上延伸。

显然，支承机构也可以开始于基部，基部容纳超声波焊接器具的结构元件并且在底部侧封闭隔音壳体。

附图说明

本发明的另外的细节、优点和特征不仅由本发明要求保护的技术方案、从要求保护的技术方案得出的单独和/或组合的特征得到，而且也由随后对从附图得出的优选的实施例的描述得到。

其中：

图1示出超声波金属焊接装置的原理图；

图2示出超声波金属焊接器具的密封空间的原理图；

图3a-3f示出侧滑块的实施方式的原理图；

图4a、4b示出侧滑块的另外的设计方案；

图5示出具有隔音壳体的超声波焊接器具；

图6示出根据图5的超声波焊接器具，其具有不同设计的隔音壳体；

图7示出根据图6的装置，其中捻合导体的第一导体被焊接；

图8示出根据图6和7的装置，其具有关闭的隔音壳体；和

图9-14示出支承机构的另外的实施方式。

具体实施方式

根据附图（在附图中，原则上相同的元件设有相同的附图标记）阐述根据本发明的教导，利用该教导，相互捻合的各个导体或线缆可以被焊接，而不必在连接的区域中进行解捻或加捻，从而减小电导体或线缆的相互影响。

这在通信技术的领域中、但也在机动车领域中是特别令人感兴趣的。被避免的相互影响在此尤其是在机动车的线缆束中产生正面的影响，因为减小了线缆束的易受干扰性。

图1中纯原则性地示出了超声波焊接装置110，以便阐述重要的元件。装置110包括超声波金属焊接器具111，其确定用于焊接导体或线缆。

超声波焊接器具110包括转换器112和超声振动单元114作为重要的元件，在它们之间布置有用于振幅放大的放大器。转换器112、放大器116和超声振动单元114形成所谓的超声波振动器117，其安置在放大器中。给超声振动单元114、即其在图1中不可见的具有焊接面的头配属也被称为铁砧的配对电极115，其可以相对于振动器117降低，以便在焊接时将力导入到接合区域中，在当前的情况下用以形成导体或线缆的通过节点。

铁砧115由所谓的刮板119容纳（参见图2），其可以调节为垂直于超声振动单元114的焊接面1114。对置地存在侧滑块113，该侧滑块与铁砧115、超声振动单元114或其焊接面1114和刮板119一起限界在高度和宽度中可调节的密封空间121。

转换器112通过线路118与发电机120连接，发电机本身通过线路122连接至计算机。转换器112、即布置在其中的压电晶体盘通过发电机120被加载高频电压，以便相应使盘膨胀或收缩，由此产生具有由放大器116放大的振幅的超声波振动，并且将其传输至超声振动单元114。

振动频率通常是20kHz。振幅通常是在0.010mm至0.045mm的半波之间。在超声波焊接中作用到线缆上的力（力由铁砧115作用到线缆上）可以在150N与3000N之间。焊接面在超声波振动的振动波腹中延伸。

如果根据图1阐述纵向振动器，那么当使用扭转振动器时也不离开根据本发明的教导。

超声波焊接器具111此外通常被隔音壳体126包围，隔音壳体在焊接时关闭。纯示例性地，这种隔音壳体从图5得出。隔音壳体126在此由静止区段128和相对静止区段可移动的并且在焊接时贴靠在其上的本身被壳体部分132包围的区段130构成。

在底部侧，壳体126被基板134封闭，结构元件或工具开始于壳体或者由其安置，结构元件或工具此外被需要用于形成密封空间121。这种密封空间纯原则性地从图2得出。可以看到具有焊接面1114的超声振动单元114、侧滑块113、铁砧115和刮板119，它们包围密封空间121。

待焊接的导体引入到打开的密封空间121中，以便随后将侧滑块113朝刮板119的方向移动直至期望的焊接宽度。随后，铁砧115朝侧滑块113的方向在同时降低的情况下通过调节刮板119运动，以便随后在接触导体后在激励的超声振动单元114情况下焊接导体。就此而言，参考充分已知的技术。

根据本发明，第一导体140、142相互焊接，并且第二导体144、146相互依次焊接。在此，第一导体140、142与第二导体144、146捻合，这一点例如从图5、7和8得出。

首先进行第一导体140、142的焊接。为此，在其他方面绝缘的导体或线缆140、142的裸露的端部置入到密封空间121中，以便随后以前述的方式将侧滑块113移动到焊接宽度上，以便随后通过调节铁砧115和刮板119在激励的超声振动单元114的情况下执行焊接。

在第一导体140、142的裸露的端部置入的情况下，第二导体144、146的自由的裸露的端部被定位成不能够进入到密封空间121中。

在完成焊接第一导体140、142后，即在制造待称为通过节点的第一连接148后，第二导体144、146被置入到密封空间121中。在此必须确保的是，通过节点148不能够进入到密封空间121中。

这可以要么以如下方式实现，即第一和第二导体通过更长的线段解捻，要么按照根据本发明的教导，通过节点148被置入或挂入支承机构上，支承机构整合在超声波焊接器具111中、即尤其是壳体126的内部空间内。

因此，在通道节点148附近只需要少量的解捻。因此基本上保持捻合的作用，即阻止第一导体140、142与第二导体144、146的相互影响，并且保持不仅在通信技术中、而且尤其也在机动车技术的领域中表现出的优点。

为了固定通过节点148，从而不能干扰对第二导体144、146的裸露的端部的焊接，提供了不同的可能性，这一点例如借助附图阐述。

优选的实施方式可由此看出：侧滑块113通过留空部和/或凸出部或其他的辅助器件作用为支承机构。这一点借助图3和4阐述。

因此，根据图3a和3b的实施例，侧滑块113在其上侧1113上具有在截面中形成斜角三角形的留空部150、152，其短边根据图3a远离侧滑块113的端面154地或面对侧滑块地（图3b）延伸。

然而，通过凹陷部或留空部150、152确保的是，在置入通过节点148时，通过节点在焊接过程中固定。留空部或凹陷部150、152在侧滑块113的整个宽度上延伸。

根据图3c的实施例，平行于端面154延伸的在截面中呈矩形的留空部156设置为支承机构。

在图3d中，缝隙158开始于上侧1113并且平行于端面154地延伸，缝隙过渡至在截面中呈圆形的扩展部160，扩展部用作支承机构。

根据图3e的实施例，槽形的凹陷部162开始于侧滑块113的上侧1113，该凹陷部在滑块113的整个宽度上延伸，并且在实施例中具有半圆的几何形状。在侧滑块113中构造支承机构的另外的可能性通过侧凹部164提供（图3f）。

然而，支承机构的功能也通过开始于上侧113的凸出部166或168实现（图4a、b）。不必强制性地在滑块113的整个宽度上延伸的凸出部166在截面中具有矩形几何形状，并且根据图4b具有L形的几何形状，从而得到背对端面154的自由空间170，通过节点148可以置入或挂入到自由空间中。

然而，支承机构也可以构造在铁砧中。这一点借助图2示出。因此，凸出部174可以开始于铁砧115的从滑块侧延伸的端面172，从而在端面172与凸出部174之间形成阶梯部，通过节点148可以安放到阶梯部上。为了不影响焊接过程，凸出部174在超声振动单元侧齐平地过渡至铁砧115的下侧176，该下侧区段性地限界密封空间121。

换言之，凸出部174是铁砧115或压力面本身的区段。替代凸出部地，在端面172中例如可以设置留空部176，第一连接或通过节点148在焊接第二导体144、146的裸露的端部期间挂入到留空部中。

然而，根据图5也存在如下可能性，即支承机构开始于可调节的壳体区段130。在实施例中，接片或侧边178、180开始于壳体区段130，接片或侧边具有钩形地构造的上侧182、184，第一连接或通过节点148在焊接第二导体144、146期间置入到该上侧中。侧边180在此在侧滑块113和因此密封空间121的侧向延伸。

根据图6至8的实施例，钩形的凸出部186、188开始于静止的壳体区段128，凸出部用作支承机构。凸出部186、188具有净距离，其确保的是，不能够妨碍侧滑块113的调节。

在图6中示出了打开的壳体。在图7中已经焊接了第一导体140、142的裸露的端部。已制成的第一连接、即第一通过节点148安放到钩形的区段186、188上，以便随后可以焊接第二导体144、146的裸露的端部。在焊接本身中，壳体126关闭，这一点例如从图8得到。在此，可调节的区段130的端面贴靠在壳体区段128的几何匹配的面上。

然而为了使第一和第二导体140、142或144、146可以从壳体126导出，可调节的区段130尤其是在端边缘侧具有相应的优选由泡沫材料构成的可伸缩的材料，如从图8得到的那样。

从图9至14得出支承机构的另外的实施方式。支承机构在此涉及开始于壳体126或区段128、130的支承机构。根据该原因，支承机构涉及可调节的区段130的支承机构178、180、182、184或静止区段128的支承机构186、188的设计方案。

在图9和10中，弹簧形的元件282、284分别沿钩形的上侧182、184延伸，在弹簧形的元件与侧边178、180的上侧182、184之间可以夹紧第一连接148，这一点例如从图10得到。

根据图11的实施例，分别包括两个侧边290、292或294、296的抓取机构分别沿滑块113的每个纵向侧面延伸，在侧边之间夹紧通过节点（即在实施例中第一连接148），以便随后执行第二导体的焊接。

但是，根据图9至11的设计方案的支承机构也可以开始于壳体126的静止区段128。因此，给钩形的凸出部186、188配属弹簧形的夹紧元件298、300，在夹紧元件和凸出部186、188的上侧之间可以夹紧通过节点，这一点例如从图13得到。

图14设置了抓取机构作为根据图11的支承机构，即分别一对可相互枢转的侧边302、304和306以及另外的不可见的侧边可相互调节，以便夹紧地容纳通过节点。

要注意的是，当多于两个连接要焊接时，即比第一和第二线路更多的线路应该被焊接时，也可以执行根据本发明的方法。因此可以构造支承机构，从而容纳多个连接、通过节点。也存在如下可能性，即设置多于一个的支承机构，以便容纳连接，使该连接与密封空间远离。

Claims (23)

1.用于借助超声波焊接在密封空间（121）中导电连接第一电导体（140、142）以及与所述第一电导体捻合的第二电导体（144、146）的方法，所述密封空间在横截面方面能改变并具有至少一个侧滑块（113）、超声振动单元（114）和配对电极（115），其中首先，所述第一电导体的裸露的端部被引入到所述密封空间中，并且借助超声波作用焊接为第一连接（148），并且随后在从所述密封空间取出第一连接之后，将所述第二电导体的裸露的端部引入到所述密封空间中，并且借助超声波作用焊接为第二连接，其特征在于，在焊接所述第二连接之前，将所述第一连接（148）输送至焊接节点支承机构（150、152、156、158、160、162、164、166、168、178、180、186、188）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述密封空间（121）在焊接时被壳体（128、130）包围，其特征在于，作为所述焊接节点支承机构（150、152、156、158、160、162、164、166、168、178、180、186、188）构造这种设置在所述壳体内部的焊接节点支承机构。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述焊接节点支承机构（150、152、156、158、160、162、164、166、168、178、180、186、188）构造在所述侧滑块（113）或配对电极（115）中或上，或当存在壳体时构造在壳体内部上或中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封空间（121）在高度和宽度中能改变。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封空间（121）在焊接时被隔音壳体包围。

6.用于借助超声波材料融合地连接第一导体（140、142）和第二导体（144、146）的装置，所述第一导体和所述第二导体相互捻合，所述装置包括由至少一个侧滑块（113）、超声振动单元（114）和配对电极（115）限界的密封空间（121），所述密封空间被壳体（126、128、130）包围，

其特征在于焊接节点支承机构（150、152、156、158、160、162、164、166、168、178、180、186、188），在将所述第二导体（144、146）的裸露的端部焊接为第二连接期间，所述焊接节点支承机构用于容纳通过焊接所述第一导体（140、142）的裸露的端部制成的第一连接（148），其中，所述焊接节点支承机构（150、152、156、158、160、162、164、166、168、178、180、186、188）构造在所述侧滑块（113）中或构造在所述配对电极（115）中或上，或当存在所述壳体（126、128、130）时开始于所述壳体的内部或者开始于在底部侧封闭所述壳体的元件（134），其中，所述焊接节点支承机构（150、152、156、158、160、162、164、166、168、178、180、186、188）构造成下组中的至少一个元件：留空部、凸出部、夹紧机构、弹簧。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述滑块（113）的远离所述密封空间（121）的底面的上侧（1113）中，留空部（150、152、156、158、160、162、164）构造成焊接节点支承机构。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述留空部（150、152、156、158、160、162、164）在垂直于所述侧滑块（113）的限界所述密封空间（121）的端面延伸的截面中具有形式为三角形、矩形、圆形区段的几何形状或这些几何形状的一个或多个组合。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述留空部构造成侧凹部（164）。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，凸出部（166、168）凸出超过所述侧滑块（113）的上侧（1113），所述凸出部在密封空间侧过渡至限界所述密封空间（121）的端面。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述配对电极（115）的面对所述侧滑块（113）的端面（172）中构造留空部（176）作为焊接节点支承机构，或者凸出部（174）作为焊接节点支承机构开始于所述端面。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述配对电极（115）的凸出部（174）作为该配对电极的区段齐平地过渡至所述配对电极的限界所述密封空间的面。

13.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述壳体（126）包括第一区段（128）和相对于所述第一区段能调节的第二区段（130），并且至少一个凸出部（178、180、182、184、186、188）作为焊接节点支承机构开始于所述第一区段或所述第二区段。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，两个相互间隔开的焊接节点支承机构（178、180、182、184、186、188）开始于所述壳体（126）的第一或第二区段（128、130），所述焊接节点支承机构在壳体关闭时在所述密封空间（121）的对置的侧上延伸。

15.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有多于一个的焊接节点支承机构（150、152、156、158、160、162、164、166、168、178、180、186、188）。

16.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述密封空间在焊接期间被隔音的壳体（126、128、130）包围。

17.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，作为所述焊接节点支承机构的凸出部是由弓形件、钩、抓取元件、压紧机构构成的组中的一个元件。

18.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述三角形是非等腰三角形并且所述圆形区段是半圆。

19.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述凸出部在截面中呈矩形的或L形。

20.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述凸出部在密封空间侧齐平地过渡至限界所述密封空间（121）的端面。

21.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一区段（128）是静止的。

22.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，在焊接时所述第二区段（130）贴靠在所述第一区段上。

23.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述凸出部是钩形的或弓形的。

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